數(shù)據(jù)中心HVDC發(fā)展的十年,應(yīng)該來(lái)說(shuō)是HVDC奮進(jìn)與輝煌的十年,也是國(guó)內(nèi)電力電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的十年。評(píng)估一項(xiàng)顛覆性技術(shù)的現(xiàn)狀優(yōu)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì),用量增長(zhǎng)、用戶增長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量三個(gè)數(shù)據(jù)是黃金標(biāo)準(zhǔn)。本文將從數(shù)據(jù)中心HVDC的用量增長(zhǎng)、用戶增長(zhǎng)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與保障體系、產(chǎn)業(yè)協(xié)同等維度闡述數(shù)據(jù)中心HVDC的優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)成熟度與未來(lái)趨勢(shì)。
致敬十年,泛在高壓直流趨勢(shì)與生態(tài)已成
數(shù)據(jù)中心HVDC發(fā)展的十年,應(yīng)該來(lái)說(shuō)是HVDC奮進(jìn)與輝煌的十年,也是國(guó)內(nèi)電力電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的十年。評(píng)估一項(xiàng)顛覆性技術(shù)的現(xiàn)狀優(yōu)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì),用量增長(zhǎng)、用戶增長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量三個(gè)數(shù)據(jù)是金標(biāo)準(zhǔn)。本文將從數(shù)據(jù)中心HVDC的用量增長(zhǎng)、用戶增長(zhǎng)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與保障體系、產(chǎn)業(yè)協(xié)同等維度闡述數(shù)據(jù)中心HVDC的優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)成熟度與未來(lái)趨勢(shì)。
首先,第一個(gè)金指標(biāo)是用量增長(zhǎng),也是判斷HVDC在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的充分條件。通過(guò)圖1可以看出:數(shù)據(jù)中心HVDC從2013年裝機(jī)容量約30萬(wàn)安培,到2018年新裝機(jī)400萬(wàn)安培,五年時(shí)間年增長(zhǎng)率為1233.3%,年復(fù)增長(zhǎng)率67.87%;如果按2A帶一臺(tái)IT主設(shè)備,則最近一年裝機(jī)容量可以承擔(dān)約200萬(wàn)臺(tái)IT設(shè)備的電力容量。
其次,第二個(gè)金指標(biāo)是用戶增長(zhǎng)(客戶類(lèi)別與推進(jìn)速度),也是HVDC在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用必要條件。從表1的數(shù)據(jù)可以看出,最先推進(jìn)的電信運(yùn)營(yíng)商從試點(diǎn)HVDC到規(guī)模推進(jìn)HVDC耗時(shí)5年,大型云計(jì)算公司耗時(shí)4年,大型政企客戶耗時(shí)3年,從行業(yè)拓展速度來(lái)看,新進(jìn)入行業(yè)要快于最先進(jìn)入行業(yè),行業(yè)滲透速度依次提升20%以上,一方面符合電力電子產(chǎn)品的行業(yè)屬性,可靠性必須通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證來(lái)支撐決策;另一方面可以預(yù)見(jiàn)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)逐漸順暢。從橫向和縱向的拓展時(shí)間速度來(lái)預(yù)測(cè),后期選擇HVDC的行業(yè)拓展速度會(huì)明顯提速。中國(guó)移動(dòng)另辟蹊徑,厚積薄發(fā),從現(xiàn)階段的設(shè)備采購(gòu)數(shù)量信息來(lái)看發(fā)展迅猛。
第三個(gè)金標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)量,也是HVDC在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用基礎(chǔ)保證。HVDC相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失,一直是一些用戶的制約點(diǎn),十年來(lái)各行各業(yè)專(zhuān)家與政府機(jī)構(gòu)的大力推進(jìn),已經(jīng)制訂相關(guān)國(guó)標(biāo)4項(xiàng),發(fā)布3項(xiàng),通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng),發(fā)布7項(xiàng),標(biāo)準(zhǔn)從整體機(jī)房、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、驗(yàn)收規(guī)范、到后端IT設(shè)備的PSU電源全面覆蓋,有力支撐HVDC在各行各業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的滲透,見(jiàn)表2。
最后,HVDC技術(shù)卓越提升促進(jìn)產(chǎn)業(yè)泛在高壓直流(見(jiàn)圖2)。數(shù)據(jù)中心HVDC技術(shù)平臺(tái)帶來(lái)了大功率全數(shù)字化變換與控制技術(shù)、三相有源功率因數(shù)校正變換與控制技術(shù)等領(lǐng)先的電力電子技術(shù),十年時(shí)間功率密度提升1.9倍、效率提升3%,損耗減少66%,同時(shí),也奠定了電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)路線、電力行業(yè)設(shè)備升級(jí)、城市照明行業(yè)電能替代等,也給5G的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了絕佳的能源平臺(tái)(見(jiàn)圖3)。
綜上所述,HVDC是廣泛而深刻的技術(shù)革命也是認(rèn)知革命,在數(shù)據(jù)中心用量增長(zhǎng)、用戶增長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量、產(chǎn)業(yè)協(xié)同四個(gè)維度十年時(shí)間取得驕人的成績(jī),必將揚(yáng)帆遠(yuǎn)航,有序進(jìn)行產(chǎn)業(yè)電能替代(HVDC顛覆替代UPS和交流配電),開(kāi)創(chuàng)泛在高壓直流時(shí)代。
欲知大道必先知史,泛在HVDC是時(shí)代所需
數(shù)據(jù)中心HVDC十年發(fā)展的如此迅猛,無(wú)論是站在支持者的角度還是站在反對(duì)者的角度來(lái)審視,都是一個(gè)偉大的奇跡。從直流電的認(rèn)知革命、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)生態(tài)到泛在HVDC時(shí)代,從商業(yè)決策到構(gòu)建商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境,培育產(chǎn)品及生態(tài)都可以堪稱電力電子行業(yè)變革及產(chǎn)業(yè)鏈的典范,十年的崢嶸歲月,看不見(jiàn)的艱辛,看得見(jiàn)的無(wú)限風(fēng)光。
理解HVDC在數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)生及帶來(lái)的價(jià)值感知是一場(chǎng)認(rèn)知革命,HVDC是屬于電類(lèi)范疇,電是看不見(jiàn)摸不著的不透明事物,如果沒(méi)有系統(tǒng)而專(zhuān)業(yè)的電力電子知識(shí),僅靠日常的經(jīng)驗(yàn)感知或者類(lèi)比法,這就很容易讓?xiě)?yīng)用者對(duì)用電設(shè)備的物理形態(tài)和電氣屬性錯(cuò)位對(duì)待、容易糾結(jié)、也容易困惑。
對(duì)于同樣的事物為什么看法不同?這個(gè)話題深入思考一下是非常有意思的,如果只就事論事,這個(gè)容易回答,但也只能解決一個(gè)點(diǎn)的問(wèn)題。但如果能針對(duì)世界的萬(wàn)千類(lèi)似問(wèn)題尋找一個(gè)通用模型來(lái)作答,那就是掌握如何開(kāi)啟創(chuàng)新和變革的之門(mén)的金鑰匙。把人的認(rèn)知提煉出來(lái),借助圖4所示的認(rèn)知奇點(diǎn)模型來(lái)回答這個(gè)解釋問(wèn)題。
可見(jiàn),每個(gè)人對(duì)一件事情的判斷,都是基于一個(gè)認(rèn)知的基礎(chǔ)。不同的認(rèn)知奇點(diǎn),所帶來(lái)的視野會(huì)不同,采取的動(dòng)作、行為和收獲也不會(huì)一樣。所有的創(chuàng)新和變革,其實(shí)就是打破認(rèn)知。要想準(zhǔn)確的理解業(yè)內(nèi)為何積極推進(jìn)電能替代(直流替交流)的本源力量,唯一的方法是理解背后的認(rèn)知奇點(diǎn)迭代關(guān)系。
1、理解時(shí)代對(duì)電需求的認(rèn)知奇點(diǎn),時(shí)代給予不間斷電源廣闊天地 (圖5和圖6)
電的發(fā)明讓人類(lèi)從蒸汽時(shí)代進(jìn)入電氣時(shí)代,對(duì)整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)力帶來(lái)了爆炸式提升,現(xiàn)在的人類(lèi)無(wú)法想象如果沒(méi)有了電,該如何生活下去。
在電氣時(shí)代,人類(lèi)最開(kāi)始對(duì)電的需求認(rèn)知是能滿足自己的生產(chǎn)和生活,其本質(zhì)是提供私有的供能服務(wù),所以人類(lèi)一開(kāi)始建設(shè)私有電廠,采取最簡(jiǎn)單的直流供電給照明、生產(chǎn)設(shè)施等,可想而知每建一個(gè)新房子、每建一個(gè)工廠就要建立一個(gè)私有電廠,是多么浪費(fèi)時(shí)間和成本。人類(lèi)很快意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題,認(rèn)知奇點(diǎn)出現(xiàn)下移,電應(yīng)該是聯(lián)合起來(lái)統(tǒng)一建設(shè)的公共基礎(chǔ)設(shè)施,形成一種公共的供能服務(wù),以后每個(gè)家庭和工廠只需要接入即可,這樣電的基礎(chǔ)設(shè)施投入成本將會(huì)最低。
人類(lèi)進(jìn)入信息時(shí)代之后,發(fā)現(xiàn)要滿足時(shí)代的需求,特別是通信、互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的到來(lái),一些生產(chǎn)關(guān)系將需要永久不斷電的服務(wù),可想而知第一階段只能采用公共電網(wǎng)和私有不間斷電源的方式來(lái)保障需求。對(duì)于私有不間斷電源將產(chǎn)生一個(gè)時(shí)代的發(fā)展機(jī)遇,將會(huì)是泛在的,至于不間斷電源采取什么樣的物理形態(tài)和接口,會(huì)根據(jù)逐步的探索和變革達(dá)成共識(shí)。
在電氣時(shí)代,很多人的認(rèn)知是在公有電網(wǎng)的接口下,在家里和工廠就應(yīng)該購(gòu)買(mǎi)匹配公網(wǎng)接口的設(shè)備接口即可。但在信息時(shí)代,有些生產(chǎn)關(guān)系要實(shí)現(xiàn)不間斷電源供電,認(rèn)知再次被打破,認(rèn)為設(shè)備輸入接口和公有電網(wǎng)接口沒(méi)必要完全匹配,進(jìn)而將帶來(lái)架構(gòu)的優(yōu)化與精簡(jiǎn),這也是電源(電力)從業(yè)者不斷推動(dòng)電能替代的源動(dòng)力之一。
從電的本質(zhì)需求認(rèn)知奇點(diǎn),讓人類(lèi)特別是電行業(yè)的專(zhuān)家們認(rèn)知到雖然電的本質(zhì)是一種服務(wù),但不同時(shí)代的服務(wù)本質(zhì)是不同的,實(shí)現(xiàn)的形態(tài)和方式應(yīng)該變也必須變,只有改變才能提升生產(chǎn)力。
2、理解公有電網(wǎng)+私有不間斷電源組合的認(rèn)知迭代(圖7和表3)
為滿足信息(數(shù)據(jù))時(shí)代永久不斷電的生產(chǎn)關(guān)系,在用戶側(cè)第一階段想改變公網(wǎng)的架構(gòu)的可能性幾乎為零,所以更多的將會(huì)選擇公共電網(wǎng)和私有不間斷電源組合的方式來(lái)滿足并提升生產(chǎn)關(guān)系。下面通過(guò)公有電網(wǎng)與生產(chǎn)工具的簡(jiǎn)化模型來(lái)分析公有電網(wǎng)和私有不間斷電源組合的提升策略。
基于以上模型，可以通過(guò)三個(gè)認(rèn)知維度分析存在的方案、措施和留給后續(xù)的空間。其中，所采取的措施能否留給后續(xù)改進(jìn)的空間和基礎(chǔ)是一個(gè)非常重要的認(rèn)知，也是穩(wěn)健可持續(xù)進(jìn)步的基本要求。
3、理解為什么最先選擇數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域進(jìn)行能源變革?
前面從公用電網(wǎng)和私有不間斷電源的組合的頂層認(rèn)知做了剖析,擺在面前的是該選擇什么樣的改革方案,該考慮什么樣的推進(jìn)策略,該選擇從哪里進(jìn)行突破。改革的目的是要提升生產(chǎn)力,提升效益。但改革的成功需要一般需要的以下四個(gè)因素(圖8):
1、行業(yè)從業(yè)人員的認(rèn)知基礎(chǔ)和洞察力。這個(gè)領(lǐng)域需要聚集大量的專(zhuān)業(yè)人才,并且具備較強(qiáng)的洞察力,改革保障;
2、行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈資源是否有意愿和能力;
3、推進(jìn)變革的策略是大開(kāi)大合,還是小開(kāi)大合;
4、變革的收益是否達(dá)到預(yù)期,最好的預(yù)期是沒(méi)有天花板,參與者能階段性的感知。
從以上的分析可知,能具備四個(gè)因素的行業(yè)將會(huì)是變革先鋒,而不完全具備四個(gè)因素的行業(yè)只能是變革的跟隨者,只要變革先鋒嘗到甜頭,必然將帶動(dòng)社會(huì)的整個(gè)生產(chǎn)關(guān)系。
縱觀國(guó)內(nèi)各行各業(yè),通信信息領(lǐng)域率先變革將是最佳選擇的領(lǐng)域,原因主要有以下幾點(diǎn):
1、通信運(yùn)營(yíng)商從業(yè)人員積累了大批的電(力)專(zhuān)家,無(wú)論是認(rèn)知還是洞察力都是非常深刻;
2、通信信息領(lǐng)域的數(shù)據(jù)中心耗電量太嚇人,占全球的百分之三,并且隨著數(shù)據(jù)時(shí)代到來(lái)只會(huì)更大;
3、通信信息領(lǐng)域經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)生態(tài)完善,但競(jìng)爭(zhēng)也激烈,有創(chuàng)新性差異化競(jìng)爭(zhēng)機(jī)遇,是產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈廠家愿意跟進(jìn)的動(dòng)力;
4、通信信息領(lǐng)域具有巨大的影響力,具備向社會(huì)各行各業(yè)務(wù)推廣能力。
4、通信信息領(lǐng)域數(shù)據(jù)中心對(duì)能源變革的響應(yīng),確定HVDC將是泛在不間斷電源的最佳選擇
1999年,在21屆INTELEC99(哥本哈根)會(huì)議上,提出了HVDC(變革私有不間斷電源和接口)是比較實(shí)際的變革方案。自2003年起,幾乎每屆國(guó)際電信能源會(huì)議均安排了高壓直流系統(tǒng)有關(guān)的專(zhuān)題討論會(huì),但更多的是在討論HVDC的物理實(shí)現(xiàn)形式和價(jià)值論證。
國(guó)內(nèi)2007年,中國(guó)電信率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)啟HVDC試點(diǎn)與論證,借鑒48V通信電源和UPS二十多年的運(yùn)維和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),也具有全國(guó)最優(yōu)秀的電源供應(yīng)商,如中恒、維諦、臺(tái)達(dá)等。中國(guó)電信定義了一款HVDC產(chǎn)品物理形態(tài)和接口標(biāo)準(zhǔn),采取的推進(jìn)策略是小開(kāi)大合,兼容并取的推進(jìn)策略。
5、變革私有不間斷電源物理形態(tài),選取HVDC(240Vdc)作為私有不間斷電源接口,兼容現(xiàn)有生產(chǎn)工具(IT設(shè)備),在應(yīng)用場(chǎng)景上選擇現(xiàn)有小機(jī)房,改造機(jī)房試點(diǎn)和驗(yàn)證價(jià)值。
6、變革生產(chǎn)工具物理形態(tài),匹配私有不間斷電源,新采購(gòu)IT設(shè)備要完全兼容電力接口,在應(yīng)用場(chǎng)景上選擇大型數(shù)據(jù)中心,彰顯價(jià)值。
7、不斷提升不間斷電源和生產(chǎn)工具的性能。
應(yīng)該來(lái)說(shuō),中國(guó)電信采取的小開(kāi)大合的推進(jìn)策略是HVDC立身之本。2009年開(kāi)始,國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭開(kāi)始打造互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算,投入頂尖人才、財(cái)力、物力去研究數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施,通過(guò)多年實(shí)測(cè)比對(duì)不同的私有不間斷電源方案、架構(gòu)和價(jià)值,最終騰訊、阿里、百度不謀而同均選擇HVDC作為數(shù)據(jù)中心不間斷電源來(lái)保障生產(chǎn)業(yè)務(wù),通信運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)巨頭、大型政企均紛紛跟進(jìn)。
十年期間勇者開(kāi)拓，HVDC已是時(shí)代所需。大道之史，回首十年，致敬為社會(huì)進(jìn)步發(fā)聲和推進(jìn)的人。
作者簡(jiǎn)介
胥飛飛:杭州中恒電氣股份有限公司通信電源BD產(chǎn)品總監(jiān),《信息通信用240V 336V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)牽頭制定人,主導(dǎo)過(guò)多款通信網(wǎng)絡(luò)電源系統(tǒng)的產(chǎn)品規(guī)劃、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。曾獲2012年浙江省杭州市科學(xué)進(jìn)步三等獎(jiǎng),參與起草的《數(shù)據(jù)中心和通信機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施能效測(cè)評(píng)及節(jié)能技術(shù)指南》等10項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)和協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn),榮獲中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。
